摘要

在大多數實(shí)驗室環(huán)境中，信號發(fā)生器、頻譜分析儀等設備是單端儀器，用于測量高速差分放大器驅動(dòng)器和轉換器的失真。因此，測量放大器驅動(dòng)器的偶數階失真（例如二次諧波失真HD2，甚至階偶數階交調失真或IMD2）需要額外的器件，如巴倫和衰減器等，作為整體測試設置的一部分，以將單端測試儀器連接到放大器驅動(dòng)器的差分輸入和輸出。本文通過(guò)不匹配信號的數學(xué)知識揭示了相位不平衡的重要性，并說(shuō)明了相位不平衡如何導致偶數階產(chǎn)物的增加（即變得更糟糕?。?。本文還將展示了幾種不同高性能巴倫和衰減器的權衡如何影響被測放大器的性能指標（即HD2和IMD2）。

數學(xué)背景 = 耶！

測試具有差分輸入的高速器件（如模數轉換器、放大器、混頻器、巴倫等）時(shí)，幅度和相位不平衡是需要理解的重要特性。

當模擬信號鏈設計使用500 MHz及以上的頻率時(shí)，必須非常小心，因為所有器件（無(wú)論有源還是無(wú)源）在頻率范圍內都有某種固有不平衡。500 MHz并不是一個(gè)奇妙的頻率點(diǎn)，只是基于經(jīng)驗，這是大多數器件開(kāi)始偏離相位平衡的地方。根據器件不同，此頻率可能比這低得多或高得多。

我們來(lái)仔細看看下面的簡(jiǎn)單數學(xué)模型：

大器HD2測試設置

乍一看相當簡(jiǎn)單，但魔鬼隱藏在細節中。圖3顯示了一組HD2測試結果，其系使用本框圖中的所有器件、差分放大器、巴倫、衰減器等得到的。這些測試證明：僅僅用不同方式翻轉巴倫方向所導致的細微相位不匹配，便能在HD2掃頻中產(chǎn)生不同結果。此設置中有兩個(gè)巴倫，因此通過(guò)顛倒設置一側或兩側的連接可以創(chuàng )建四種可能的場(chǎng)景。結果如圖3所示。

應商1A巴倫和不同巴倫方向測試HD2性能。

圖3揭示的HD2失真曲線(xiàn)方差量證明，需要進(jìn)一步考察巴倫的性能，特別是相位和幅度不平衡。以下兩幅圖顯示了不同制造商的幾款巴倫的相位和幅度不平衡。使用網(wǎng)絡(luò )分析儀來(lái)測量不平衡。

圖4和圖5中的紅色曲線(xiàn)對應于圖3中用于采集HD2失真數據的實(shí)際巴倫。供應商1A的這款巴倫具有zui高帶寬和良好的通帶平坦度，但在同樣的10 GHz頻率測試帶上，相位不平衡比其他巴倫要差。

接下來(lái)的兩幅圖代表使用zui佳巴倫對HD2失真重新測試的結果，這些巴倫分別來(lái)自供應商1B和供應商2B，具有zui低相位不平衡，如圖6和圖7所示。注意，如果有更好的不平衡性能，則HD2失真方差會(huì )相應降低，如圖7所示。

全部抵消

總之，在GHz區域開(kāi)發(fā)全差分信號鏈時(shí)，所有東西都很重要，包括衰減器焊盤(pán)、巴倫、電纜、印刷電路板上的走線(xiàn)等。我們已經(jīng)在數學(xué)上和實(shí)驗室中使用高速差分放大器作為測試平臺證明了這一點(diǎn)。因此，在開(kāi)始責備器件或供應商之前，請在PCB布局和實(shí)驗室測試期間特別小心。

您可能會(huì )問(wèn)自己，多大相位不平衡是可以容忍的？例如，一個(gè)巴倫在x GHz時(shí)相位不平衡為x度，它對具體器件或系統有何影響？線(xiàn)性度性能是否會(huì )有一定程度的損失或dB衰減？

這是一個(gè)很難回答的問(wèn)題。在理想世界里，如果信號鏈中的每件東西都完 美匹配，那么就不會(huì )有偶數階失真需要擔心。其次，如果有一個(gè)經(jīng)驗法則或公式來(lái)告訴我們每x°的相位不平衡會(huì )帶來(lái)x dB的線(xiàn)性度損失（HD2性能降低），豈不美哉。但是，這不可能。為什么？因為每個(gè)器件，無(wú)論有源、無(wú)源還是差分式，都會(huì )有某種固有的相位不匹配。根本沒(méi)有辦法在內部使IC設計實(shí)現完 美的平衡，或者切割出長(cháng)度絕 對一致的電纜。因此，不論這些不匹配有多小，隨著(zhù)系統使用的頻率越來(lái)越高，它們都會(huì )變得更加突出。